蒲石河抽水蓄能電站地下系統施工通道布置和設計

王福運，史有富，朱 輝，鄭徳湘，于秀蓮，陳立秋

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021；2.遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

1 工程概況

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧省寬甸滿族自治縣境內，距丹東60 km，是我國東北在建的第一座大型抽水蓄能電站，總裝機容量1 200 MW。工程為一等大 （1）型工程，主要由下水庫及下水庫泄洪排沙閘壩、上水庫及上水庫鋼筋混凝土面板堆石壩、上下水庫進出水口、地下廠房洞室系統、地下輸水洞室系統及地面開關站等建筑物組成。

地下系統主要由地下廠房、引水、尾水三大系統組成，地下廠房系統采用主廠房、主變及尾閘三大洞室平行布置，主副廠房為地下工程中的最大洞室， 開挖尺寸為 165.8 m×22.7 m×54.1 m （長×寬×高），埋深在200 m以上；主變室開挖尺寸為130.60 m×20.40 m×24.40 m （長×寬×高）； 引水系統采用二洞四機布置，引水主洞長約770 m，內徑為8.1 m；尾水系統采用一洞四機布置，壓力管道、尾水支洞內徑為5 m，尾水隧洞主洞長約1 169 m，內徑11.5 m。地下系統工程主要工程量為：土石方明挖約130萬m3，石方洞挖約80萬m3，混凝土量約20萬m3。

2 施工通道的重要性及布置原則

2.1 施工通道布置的重要性

地下廠房系統工程是整個電站建設的控制性關鍵項目，其施工工期直接決定著地下工程的施工工期，影響著首臺機組的發電工期，并控制工程的總工期。同時，地下廠房系統是一個洞室縱橫交錯、相互貫通、龐大復雜的大型地下洞室群，具有交叉洞室多、洞室跨度大、邊墻高等結構特點，以及同時施工工作面多、開挖出渣量大、混凝土量大等施工特點。影響其施工進度的因素主要有： 地下空間結構尺寸與規模大小、圍巖穩定與支護方式、施工交通運輸布置、施工工藝和施工設備配置等。因此，選擇科學、合理的施工通道布置是非常必要和至關重要的，合理的施工通道布置，可以避免施工干擾，降低施工強度，實現均衡生產，從而確保地下系統的快速施工，保證工程節點工期目標的順利實現，并有利于改善施工環境。

2.2 施工通道布置的原則

根據本工程的規模、特點、施工環境及施工條件，確定施工通道布置的主要原則為：

（1）根據各洞室施工順序，結合永久洞室的布置特點及工期要求，在充分考慮利用永久洞室的前提下，統籌規劃施工通道的布置，盡量減少臨時施工支洞的修建。

（2）施工通道 （施工支洞）布置與關鍵部位施工程序安排相協調，滿足 “平面多工序，立面多層次”的施工組織要求，合理規避施工干擾，以保證工程施工均衡、有序進行。

（3）由于地下主廠房工程量相對較大，施工通道的布置應盡量為主廠房各層開挖提供便捷的施工交通條件，以保證主廠房這一關鍵線路的快速施工。

（4）施工支洞布置應遵守下列規定：①沿洞線的地質條件較好，不影響主體洞室的結構穩定要求；②洞軸線應選取短線，且有利于臨時設施的布置；③通向支洞口的交通運輸線路工程量小；④各支洞承擔的工程量大體平衡；⑤洞外有適宜的棄渣場地；⑥洞口高程應滿足相應的防洪標準。

（5）施工支洞斷面尺寸應滿足運輸、支護及人行安全的要求，便于施工供風、供水、供電、排水、通風及照明等各類管線布置。在條件允許的情況下施工通道應盡量拓寬，以提高通行能力。

（6）施工通道的布置要綜合考慮各洞室的交叉施工、施工安全、開挖爆破和出渣運輸等方面的影響。

總之，施工通道 （施工支洞）的布置應滿足地下廠房、引水和尾水三大系統的施工要求，能均衡施工強度，為各主要洞室平行作業創造條件，實現多工作面連續施工，從而加快施工進度，同時也應注意盡量節約工程投資。

3 施工通道的規劃布置和作用

根據地下系統各洞室的布置和結構特點，按照施工通道 （施工支洞）的布置的原則，在滿足施工進度要求下，考慮地下系統中各主要洞室的施工程序，在充分利用水工永久隧洞作為施工通道的基礎上，按上、中、下3個層次規劃布置施工通道，同時為滿足地下系統施工需要，共設置了7條施工支洞。地下施工通道布置見圖1。

3.1 上層施工通道

圖1 地下系統施工通道布置示意

地下系統上層施工部位主要包括：主副廠房上部、主變洞上部、尾閘室上部、尾水調壓井上部、引水洞上平段和斜井段 （上部）。其施工通道主要布置有廠房通風 （出渣）洞、廠房交通洞、主變通風洞 （5號施工支洞）、尾水調壓井補氣洞、上水庫進/出水口、6、7號施工支洞。

在上層施工通道規劃布置中，廠房通風洞、廠房交通洞、上水庫進/出水口、6號施工支洞具有地面出口。按照地面出口劃分：①以廠房通風洞為出口的施工通道中，廠房通風洞主要承擔主副廠房上部的施工，主變洞通風洞 （5號施工支洞）承擔主變洞上部的施工，尾調補氣洞主要承擔尾水調壓井上部施工平臺的施工， 5號施工支洞、尾調補氣洞通過廠房通風洞與地面相通；②以廠房交通洞為出口的施工通道主要承擔尾閘室上部的施工；③以上水庫進/出水口、6號施工支洞為出口的施工通道中，上水庫進/出水口主要承擔引水洞上平段的施工，引水洞斜井段 （上部）及其下部施工通道由6號施工支洞承擔，上部施工通道由引水洞上平段、上水庫進/出水口承擔；④7號施工支洞作為兩條引水洞上平段的連通洞，主要是為了減少引水洞上平段、斜井段的施工干擾，增加引水洞上部施工的靈活性。

3.2 中層施工通道

中層施工部位主要包括主副廠房中部、主變洞中部、母線洞、引水洞下平段和引水洞斜井段 （下部）等。其施工通道主要為廠房交通洞、尾閘交通洞和2號施工支洞，其中2號施工支洞通過廠房交通洞與地面相通，且為下層施工通道中的3、4號施工支洞以及尾閘交通洞與廠房交通洞的聯系通道。

作為中層施工通道的廠房交通洞，不僅擔負著全部中層施工部位的各洞室的開挖出渣、混凝土運輸、臨時支護和機電設備等的運輸任務，而且還承擔著廠房下部、壓力鋼管及岔管段、尾閘室中下部、尾水調壓井下部、尾水岔管、尾水支管、部分尾水洞等部位的施工交通運輸任務。由此可見，廠房交通洞是地下系統施工中最為關鍵的施工通道，其規劃布置、統籌安排是否合理，直接影響地下系統的施工工期。

3.3 下層施工通道

下層施工部位有主副廠房下部、主變洞下部、尾閘室下部、尾水調壓井中下部和尾水主洞。在整個地下工程施工中，大部分出渣任務是由下層施工通道來完成的，為此下層設置了1、2、3、4號4條施工支洞。

1號施工支洞主要作為尾水洞的施工通道，在施工進度允許的情況下可兼顧尾水調壓井、尾水岔管、尾水支管廠房下部出渣；3號施工支洞將廠房下部與2號施工支洞有機地連接起來，并通過2號施工支洞與廠房交通洞相連，作為廠房下部、引水洞斜井段、下平段、壓力鋼管及岔管段的開挖出渣及混凝土澆筑運輸通道；通過4號施工支洞與2號施工支洞將尾水洞、尾水調壓井與廠房交通洞聯系起來，作為尾水支管及岔管段、尾水調壓井、尾水洞部分工程的開挖出渣及混凝土澆筑運輸通道，并作為尾水洞后段施工通道的必要補充，緩解1號施工支洞的運輸壓力。

4 施工支洞設計

本工程在充分利用永久洞室作為施工通道的前提下，為滿足地下系統施工需求，共布置了7條施工支洞，其中1號施工支洞和6號施工支洞由地面進入，5號施工支洞利用主變洞的通風洞擴挖而成，其他4條施工支洞均在地下永久洞室之間設置。

4.1 施工支洞斷面形式及尺寸確定

施工支洞均選用城門洞形，除7號施工支洞斷面為5.0 m×5.0 m （寬×高）外，其余支洞斷面尺寸均為7.5 m×6.0 m （寬×高），施工支洞最大縱坡為8.72%，平面轉彎半徑15.0～40.0 m，可滿足雙車道運輸、各類臨時施工設施的布置、施工排水等要求。

4.2 施工支洞支護設計

施工支洞為臨時建筑物，地下系統施工工期約為5年，洞室群圍巖多為Ⅱ類，穩定性好，局部為Ⅲ類，穩定性稍差。考慮洞室交叉部位的圍巖穩定及封堵施工要求，在各施工支洞進口及與其他各洞室交叉處均采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.50 m，各施工支洞通過Ⅲ類圍巖及斷層破碎帶處均采用系統噴錨支護，Ⅱ類圍巖僅采用局部噴錨支護。噴錨支護錨筋直徑為18 mm，長2.0 m，間、排距均為1.5 m，噴混凝土厚8 cm。

1、2、4、6、7號施工支洞在施工任務完成后需要進行封堵。1號支洞與尾水洞相交處交處封堵長度為20.0 m；2號支洞在兩條引水洞之間全洞進行封堵，與引水洞下平段相交處外側封堵長度為50.70 m；4號支洞與尾水洞相交處封堵混凝土長度為20.0 m；7號施工支洞全洞封堵。

5 地下廠房開挖程序

5.1 主副廠房開挖程序

主副廠房為地下工程中的最大洞室，開挖尺寸為 165.8 m×22.7 m×54.1 m （長×寬×高）， 巖石洞挖量17.90萬m3。主副廠房開挖分上、中、下3個部分，共7層，由上至下逐層開挖。

廠房上部頂拱開挖 （即Ⅰ層）高程38.60～30.60 m、層高8.00 m，由通風洞出渣；中部開挖高程30.60～13.20 m，層高17.40 m，分為Ⅱ、Ⅲ兩層施工，利用通風洞、交通洞出渣； 廠房下部高程13.20～-15.00 m，層高28.20 m，分為Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ4層施工，利用廠房交通洞、2、3、4號施工支洞出渣。

5.2 主變洞開挖程序

主變洞開挖尺寸 130.60 m×20.40 m×24.40 m（長×寬×高）。分上 （頂拱）、下兩部分開挖。上部開挖高程37.00～28.70 m，層高8.30 m，利用通風洞出渣；下部開挖高程28.70～12.80 m，分為兩層，28.70～21.50 m高程為第Ⅱ層，層高7.20 m，21.50～12.80 m高程為第Ⅲ層，利用交通洞出渣。

6 工程實施經驗

在蒲石河抽水蓄能電站的地下系統開挖施工中，積累的實踐經驗主要有：

（1）引水洞斜井段長376.51 m，與水平線夾角52°，鑒于當時國內水電工程中尚無利用反井鉆開挖如此規模斜井的先例 （國內采用反井鉆機進行斜井施工的最大深度為236 m），經對引水系統斜井段導井開挖的施工方法分析論證，在斜井段中部增設了6號施工支洞作為斜井段的施工通道，保證了引水斜井的順利施工。

（2）6號施工支洞采用兩條單獨的支洞與兩條引水斜井相接，避免了兩引水斜井的直接串聯，有利于封堵堵頭結構的設計，加快了封堵施工進度，有利于施工封堵質量控制。

（3）4號支洞與尾水洞的交接點放在尾水岔管與尾水調壓井之間，增加了尾水調壓井、尾水岔管、尾閘室下部、廠房下部的施工通道，使得尾水調壓井的施工不制約尾水洞的施工；同時廠房底部開挖、尾水岔管鋼襯、尾閘室底部襯砌施工可以與尾水主洞襯砌同時具備施工條件。實踐證明，4號支洞的設置使得上述部位的施工變得更靈活、便捷，減少了施工干擾。

（4）增設了7號施工支洞作為引水洞上平段的連通洞，充分利用現有的兩條引水洞作為斜井段的施工通道，避免了引水洞上平段單獨設置施工支洞，減少了引水洞上平段、斜井段的施工干擾，增加了上述部位施工的靈活性、機動性。

7 結語

蒲石河抽水蓄能電站地下系統的施工通道 （施工支洞）布置和設計，充分利用了永久洞室，做到了 “永臨結合”，在工程實施過程中，優化了施工支洞的布置，加快了地下工程的施工進度，方便了工程施工。在工程實施中積累的地下系統施工通道布置經驗，可以為其他抽水蓄能電站地下系統的設計提供參考和借鑒，尤其是為今后東北寒冷地區抽水蓄能電站的建設提供了寶貴的工程實例。